[发明专利]一种MINI型TO封装的VCSEL制造工艺

说明书

技术领域

本发明属于半导体激光器的封装领域，具体地说是一种MINI型TO封装的VCSEL制造工艺。

背景技术

激光在现代和未来的应用越来越广泛，一般可分为固体激光，气体激光、半导体激光和光纤激光等，而随着世界智能化格局的开启，有一类激光器由于它较低的成本将显示其重要的地位，那就是半导体激光器，由于其性能优越，成本较低，体积很小，波长丰富，在未来的智能化产品中将扮演重要角色，例如光通讯，大数据传输，智能手机，智能家居，无人驾驶(激光雷达)等领域将广泛使用。

由于半导体激光器芯片对环境湿气，有害性气体和污染物的敏感性，所以这种器件往往需要气密性的封装，激光器的PN结温度直接影响其波长，输出功率，峰值带宽等输出特性。因此，其良好散热性也同样重要。

VCSEL激光器(垂直腔面发射激光器)是一种新型的半导体激光器，相对于FP(法布里-帕罗)和DFB(分布反馈)激光器来说，有着很大的差别，主要表现在FP和DFB属于边缘发射激光器，VCSEL是表面发射激光器，所以其封装结构差异很大，通常FP和DFB采用同轴TO56的封装结构，将芯片翻转90度，以使出光方向和Z轴平行。而VCSEL通常采用同轴TO46封装，芯片无需翻转，其出光方向和Z轴平行。

因VCSEL激光器发展历史较短，波长范围较窄(通常在650nm～1000nm)，激光峰值波长范围较宽，因此一般不作为信号的远距离传输，通常采用平窗镀膜管帽作为其光窗。目前的封装结构基本都采用了TO46的封装。这种结构用于通讯和工业应用方面相对成熟，但由于体积较大，宽度，厚度(高度)往往超过了5毫米，因此限制了它在手机，可穿戴设备等终端电子消费产品的应用。

发明内容

所要解决的技术问题：本发明目的是一种MINI TO(小型化TO)封装的VCSEL激光器结构制造工艺，使激光器外形更小，散热性能良好，通过简单的直插式安装在PCB板上。

技术方案:一种MINI型TO封装的VCSEL制造工艺，其特征在于制造工艺包括:

(1)MINI TO金属基座以低碳钢模压加工成型，备用；

(2)熔封玻璃备用；

(3)引脚备用；

(4)光窗玻璃四周印刷低温玻璃浆料，烘干备用；

(5)金属管帽用合金薄板冲压成带光窗的金属管帽，备用；

(6)将所述MINI TO金属基座、熔封玻璃、引脚装配在石墨夹具上，采用熔封工艺制成MINI TO管座，备用；

(7)将所述光窗玻璃、金属管帽装配在石墨夹具上，采用熔封工艺制成MINI TO管帽，备用；

(8)将所述MINI TO管座、MINI TO管帽进行镀镍和镀金，备用；

(9)VCSEL芯片封装：将VCSEL芯片共晶固于所述MINI TO管座沉孔内的氮化铝衬底上，以绑线工艺将VCSEL芯片和引脚连接，完成VCSEL芯片封装，将所述MINI TO管帽放置在封好VCSEL芯片的MINI TO管座上，采用锡焊的工艺将MINI TO管帽密封封焊，至此，MINI TO小型化封装VCSEL激光器制造完成。

在一个实施例中，所述MINI TO金属基座采用10号低碳钢，模压加工成直径3.5毫米，厚度1.2毫米，沉孔0.8毫米，沉孔直径0.6毫米，玻璃封接孔直径0.8毫米；所述熔封玻璃采用HYG920玻璃，制成外径0.75毫米，内径0.3毫米，高度1.0毫米的绝缘子；所述引脚采用4J50合金，直径0.25毫米，分切成长度2.3～2.35毫米的引脚；所述光窗玻璃采用k9材质，厚度0.2毫米的平板玻璃，400～1200nm波长透过率92.7％，切割加工成直径2.8毫米的圆片；所述金属管帽为厚度为0.2毫米的4J50合金薄板冲压成底部边长3.3毫米，光窗口径2.5毫米的金属管帽。

在一个实施例中，所述采用熔封工艺制成MINI TO管座，熔封过程：预热区氧化气氛RT～100℃10min，升温区氧化气氛100～800℃30min，烧结区中性气氛800～950℃15min，降温区还原气氛950～450℃20min，冷却区还原气氛450～100℃20min。

在一个实施例中，：所述采用熔封工艺制成MINI TO管帽，熔封过程：预热区氧化气氛RT～100℃10min，升温区氧化气氛100～350℃10min，烧结区中性气氛350～580℃15min，降温区还原气氛580～350℃15min，冷却区还原气氛350～100℃10min。

有益效果：